Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Schuh mit einem Schuhelement und einer Laufsohle insbesondere zur Verwendung für ein Virtual Reality System zur Simulation von Geh- und Lauftätigkeit ohne wesentliche Ortsveränderung eines Benutzers des Schuhs, wobei eine Vorrichtung vorgesehen ist, die derart aufgebaut ist, dass der Schuh mit dem Benutzer ohne Aktion des Benutzers zu einem definierten Ort zurückführbar ist.

Stand der Technik

Mittels eines Virtual-Reality-Systems kann eine virtuelle Realität dargestellt werden, wobei als virtuelle Realität üblicherweise die Darstellung und gleichzeitige Wahrnehmung der Wirklichkeit in ihren physikalischen Eigenschaften in einer in Echtzeit computergenerierten, interaktiven virtuellen Umgebung bezeichnet wird.

Virtual-Reality-Systeme umfassen üblicherweise zumindest eine Virtual-Reality- Brille. Bei einer Virtual-Reality-Brille handelt es sich um eine bestimmte Form eines sogenannten Head-Mounted-Displays, bei welchem es sich um ein auf dem Kopf getragenes visuelles Ausgabegerät handelt. Es präsentiert Bilder auf einem augennahen Bildschirm oder projiziert sie direkt auf die Netzhaut. Eine Virtual- Reality-Brille hat dabei zusätzlich noch Sensoren zur Bewegungserfassung des Körpers oder von Körperteilen des Benutzers. Damit kann die Anzeige einer berechneten Grafik an die Bewegungen eines Benutzers der Virtual-Reality-Brille angepasst werden. Durch die körperliche Nähe wirken die angezeigten Bildflächen von Head-Mounted-Displays erheblich größer als die freistehender Bildschirme und decken im Extremfall sogar das gesamte Sichtfeld des Benutzers ab. Da die Displays von Virtual-Reality-Brillen beispielsweise durch die Kopfhaltung allen Kopfbewegungen eines Benutzers folgen, bekommt er das Gefühl, sich direkt in einer von einem Computer erzeugten Bildlandschaft zu bewegen.

Insbesondere die realitätsnahe Darstellung und gleichzeitige Wahrnehmung der Wirklichkeit in ihren physikalischen Eigenschaften stellt eine besondere

Herausforderung bei Virtual-Reality-Systemen dar.

Bei der Simulation von virtuellen Umwelten ist es beispielsweise zur Durchführung von Forschungsarbeiten oftmals notwendig, dass sich der Proband im

Versuchsaufbau durch Gehen oder Laufen fortbewegt. Dies wird nach dem Stand der Technik durch mechanische Laufbänder ermöglicht. Häufig ermöglichen die Laufbänder nach dem Stand der Technik jedoch nur eine geradlinige Bewegung in einer Richtung, was besonders nachteilig ist. Vorrichtungen zur Simulation von Geh- und/oder Lauftätigkeit, bei denen ein Richtungswechsel während des Gehens/Laufens möglich ist, sind aus den Druckschriften DE 1 95 1 7 052 C 1 , DE 1 95 07 507 A1 und US 5 562 572 bekannt. Die Vorrichtungen gemäß der DE 1 95 1 7 052 C 1 und der US 5 562 572 verwenden komplizierte Systeme aus sehr vielen elektromechanisch angesteuerten Rollen oder Kugeln, auf denen sich der Gehende/- Laufende bewegt. Aufgrund der Vielzahl sich drehender mechanischer Teile in diesen Vorrichtungen ist die Gefahr relativ groß, dass aufgrund der starken mechanischen Belastung öfter einzelne dieser Teile ausfallen und so die

Betriebsbereitschaft der gesamten Vorrichtung gefährden. Ein ähnliches Problem ergibt sich bei der aus der DE 1 95 07 507 A1 bekannten Vorrichtung, bei der ständig zwei Stehplatten mechanisch mehr oder weniger schnell bewegt müssen. Dabei ist die mechanische Beanspruchung der Bewegungseinrichtung derart hoch, dass allein aufgrund der mechanischen Belastung ein relativ hohes Ausfallrisiko angenommen werden muss. Aus der US 5 562 572 und der US 6 1 52 854 sind Laufbänder bekannt, die in einem Virtual-Reality-Simulator eingesetzt werden können, um einem

Simulationsteilnehmer eine Gehbewegung zu ermöglichen, ohne dass sich der Simulationsteilnehmer tatsächlich fortbewegt. Im Gegensatz zu den aus

Fitnessstudios bekannten Lauf bändern ermöglichen diese Lauf bänder jedoch eine omnidirektionale Bewegung in beliebigen Richtungen innerhalb der Ebene des Laufbandes, so dass der Bewegungsspielraum des Benutzers nicht eingeschränkt wird. Zur Ermöglichung beliebiger Bewegungsrichtungen weisen diese bekannten Laufbänder zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Förderbänder auf, wobei das eine Förderband eine Vielzahl von Rollkörpern aufweist, die an ihrer Oberseite eine Lauffläche bilden und rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Förderbandes drehbar sind. Der Antrieb der drehbar gelagerten Rollkörper erfolgt durch das andere Förderband, das an der Unterseite der Rollkörper reibschlüssig angreift. Durch eine geeignete Ansteuerung der beiden Förderbänder lassen sich dann beliebige Bewegungsrichtungen in einer Ebene realisieren, da sich die beiden rechtwinklig zueinander verlaufenden Bewegungsrichtungen der beiden

Förderbänder überlagern.

Aus der DE 10 2004 01 6 429 A1 ist eine Fördereinrichtung, insbesondere für ein Laufband oder ein Förderband, mit einer Vielzahl von Rollkörpern, die an ihrer Oberseite zusammen eine Auflagefläche für ein Förderobjekt bilden, wobei die Rollkörper in einer bestimmten Drehrichtung drehbar gelagert sind, um das

Förderobjekt entsprechend der Drehrichtung der Rollkörper in eine bestimmte Förderrichtung zu bewegen. Es wird vorgeschlagen, dass die Rollkörper jeweils ortsfest angeordnet und in mehreren Drehrichtungen drehbar gelagert sind, um das Förderobjekt in verschiedene Förderrichtungen zu bewegen.

Ferner ist für eine Bewegung in der virtuellen Welt eine Halbschale in der realen Welt vorgesehen, die nach oben zum Anwender hin geöffnet ist. Der Anwender stellt sich mit speziellen Schuhen und dem Virtual-Reality System in die Schale und beginnt zu laufen. Aufgrund der schalenartigen Ausbildung gleiten die Füsse auf der Innenwandung der Schale in Richtung des Grundes, so dass real der Anwender ungefähr an einem Ort bleibt, wohingegen der Anwender das Gefühl hat, natürlich durch die virtuelle Welt zu laufen.

Aus der DE 1 98 21 453 C 1 ist eine Vorrichtung zur Simulation von Geh- und Lauftätigkeit ohne wesentliche Ortsveränderungen des Benutzers bekannt. Diese weist eine Bodeneinrichtung mit einer betretbaren Oberfläche und mit

Elektromagneten sowie eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der

Elektromagnete auf. Die Elektromagnete sind derart angeordnet und können durch die Steuereinrichtung derart angesteuert werden, dass eine mit magnetisch Wechsel wirkenden Schuhen versehene Person auf der Bodeneinrichtung eine Geh- und/oder Lauftätigkeit, die motorisch vom Gehen und/oder Laufen auf der Stelle verschieden ist, ausführen kann, ohne eine wesentliche Ortsveränderung zu erfahren. Auch hierfür benötigt es einen speziellen Untergrund, in dem die

Elektromagnete steuerbar angeordnet sind. Zudem bedarf es zur Ortung eines mehrdimensionalen Kameranetzes, so dass der Aufwand sehr erheblich ist. Zudem müssen die Elektromagnete sehr stark ausgelegt sein, da diese hohe Kräfte in einer sehr kurzen Zeit zu bewegen haben. Problematisch dabei ist auch die Auswirkung auf die Gesundheit und auf andere elektronische Geräte. Zudem bedarf es vieler weiterer Geräte, insbesondere einer besonderen Gestaltung der Lauffläche.

Weitere Nachteile des Standes der Technik

Grundsätzlich ist es ein Problem, dass der tatsächliche Aktionsraum sehr eingeschränkt ist, man nicht oder nur schwer am Rand des sich bewegenden Aktionsraumes vorhandene Gegenstände erreichen kann (beispielsweise ein Hocker). Zudem sind die Bewegungen auf das Gehen beschränkt. Setzen, springen, legen ist nicht möglich. Dies ist immer darauf zurückzuführen, dass ein spezieller Untergrund notwendig ist, damit der Benutzer trotz Gehbewegungen zumindest nahezu ortsfest verbleibt.

Nachteilig an den bekannten omnidirektionalen Laufbändern ist die Tatsache, dass zwei separate Förderbänder erforderlich sind, um durch die Überlagerung von zwei rechtwinklig zueinander ausgerichteten Bewegungen unterschiedliche

Bewegungsrichtungen des Laufbandes zu ermöglichen.

Einer der Nachteile der zuvor beschriebenen Einrichtungen ist darin zu sehen, dass ein sehr komplexe und räumlich sehr bestimmende Vorrichtung vorgesehen sein muss, um dem Benutzer von Virtual Reality Systemen das Gefühl zu geben, unbegrenzt sich im Raum bewegen zu können. Insbesondere die omnidirektionale Möglichkeit führt zu einer sehr komplexen Ausführung einer Vorrichtung, die zum einen sehr kostenintensiv und auch wartungsintensiv ist und daher insbesondere für den privaten Anwendungsbereich nicht geeignet ist.

Zudem fehlt es hinsichtlich der Abstimmung mit dem System für die Virtual Reality, so dass der Benutzer nicht das Gefühl erhält, tatsächlich zu gehen. Er wird unsicher, fühlt sich dabei nicht wohl und bekommt Anzeichen der Seekrankheit. Die Seekrankheit tritt dann auf, wenn das gezeigte virtuelle Bild nicht mit der gefühlten Bewegung übereinstimmt. Ziel sollte es daher sein, eine möglichst natürliche Bewegung im virtuellen Raum zu ermöglichen.

Ein weiterer Nachteil der räumlich begrenzten Vorrichtungen besteht darin, dass der Anwender dennoch diese Grenzen überschreiten und sich dann erheblich verletzen kann. Um dies zu verhindern, sind bei manchen Vorrichtungen Haltegurte vorgesehen, die ein Überschreiten dieser äusseren Grenzen nicht ermöglicht.

Dadurch leidet aber der Nutzerkomfort und die Vorrichtung selbst ist noch komplexer.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung, insbesondere für ein Virtual-Reality System bereitzustellen, mit dem der Benutzer sich omnidirektional und unbegrenzt in einem virtuellen Raum möglichst natürlich bewegen kann, dennoch in der realen Welt nahezu keine Ortsveränderung erfährt, wobei mindestens einer der zuvor genannten Nachteile zu berücksichtigen ist. Lösung der Aufgabe

Die Lösung der Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 bereitgestellt.

Vorteile der Erfindung

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass der Benutzer ein sicheres natürliches Gefühl des Laufens und Gehens räumlich unbegrenzt im virtuellen Raum erhält, ohne dass dieser tatsächlich in Bezug auf die Raumkoordinaten (reale Welt) begrenzt ist. Dies bedeutet, dass der Benutzer tatsächlich nahezu keine Ortsveränderung erfährt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass diese ausschliesslich auf den Schuh begrenzt ist und weitere Vorrichtungen, wie beispielsweise eine speziell ausgebildete Aktionsfläche, auf der der Benutzer läuft, an sich nicht notwendig sind. Somit ist einer der wesentlichen Vorteile darin zu sehen, dass eine sehr kompakte und vorzugsweise nur an den Füssen des

Anwenders angeordnete Vorrichtung das Laufen zumindest nahezu auf der Stelle ermöglicht. Der Anwender hat das Gefühl (in der virtuellen Welt) durch den Raum unbegrenzt laufen zu können.

Durch die kompakte und anwenderfreundliche Ausführung ist eine einfache Anwendung nahezu von jedermann möglich, da ansonsten keine gross

dimensionierten Räume noch zeitintensive Aufbauten und Einrichtungen benötigt werden.

Vorteilhafterweise ist ein von dem Anwender jeweils an einem Fuss anzuziehender Schuh vorzusehen. Dieser Schuh weist im Bereich seiner Laufsohle hinweisenden Seite an einem Tragstrukturelement mindestens ein Aktivelement auf. Dieses Aktivelement hat bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Eigenschaft, den jeweils in Laufrichtung bewegten Fuss in seine Ausgangssituation aktiv

zurückzuführen. Im Gegensatz zu halbschaligen Ausbildungen der Aktionsflächen, bei denen die Füsse vom Anwender gleitend in der Halbschale durch den Anwender aktiv zurückgeführt werden müssen, werden die Füsse durch das Aktivelement in die Ausgangssituation gebracht, passend in der Geschwindigkeit, in der sich der Anwender bewegt, so dass dieser ein reales natürliches Gefühl des Gehens oder Laufens erhält.

Aktivelemente können angetriebene Rollen, vergleichbar mit Rollschuhen, sein. Die aktiv durch Antriebe (Aktuatoren) bewegbare Gleitelemente, Räder oder auch Kettenelemente sind geeignet, um den jeweiligen Fuss wieder in die

Ausgangssituation zu überführen. Die Aktivelemente können unterhalb des Schuhs, d.h. im Bereich der Laufsohle vorgesehen sein. Alternativ können die

Aktivelemente auch seitlich an den jeweiligen Schuhen angeordnet sein. So kann jeweils zu beiden Seiten eines Schuhs mindestens ein grosses Rad oder mindestens ein anderes Aktivelement vorgesehen sein, wobei jedes Aktivelement über einen eigenständig ansteuerbaren Antrieb verfügt. Ein anderes Aktivelement kann auch eine Gruppe von mehreren kleinen Rädern ein, ein Raupenantrieb oder andere gleichwirkende Mittel. Denkbar ist auch, dass bei seitlich angeordneten Aktivelemente (mehrachsige Anordnung) über ein Brückenelement miteinander verbunden sind, so dass ein normaler Schuh auf dem Brückenelement fixiert werden kann. Dies bedeutet, dass die Vorrichtung auch unabhängig von einem Schuh genutzt werden kann.

Die Ausbildung der Erfindung mit den seitlich an dem Schuh angeordneten

Aktivelementen hat unterschiedliche Vorteile. Zum einen zeichnet sich diese Ausführungsform durch ein sehr einfaches Design aus. Es werden ausschliesslich zwei Motoren pro Schuh benötigt. Dadurch werden wenige mechanische Teile benötigt, so dass auch wenig bewegbare Bauteile vorhanden sind.

Die Aktivelemente werden durch jeweils ein grosses Rad, angeordnet auf einer Achse, sie wiederum von einem Elektroantrieb angetrieben wird, gebildet. Durch diesen grossen Durchmesser (im Vergleich zum Durchmesser von Rollen, die unter dem Schuh angeordnet werden) kann auch ein grösseres Drehmoment übertragen werden. Aufgrund der grossen Ausbildung dieser Aktivelemente können Bauteile, wie Lagerelemente, Encoder etc. weit weg vom Boden angeordnet werden, so dass diese nicht einer Verschmutzung ausgesetzt sind. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Aktivelemente mit einem elastischen Material versehen sein können, so dass eine Dämpfung für den Benutzer beim Gehen stattfindet, als auch Trittschall zumindest verringert wird.

Durch diese Ausgestaltung können auch Richtungsänderung einfach realisiert werden, in dem beide Aktivelemente unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten aufnehmen.

Durch Modulation eines mechanischen Moments, beispielsweise in der Ausbildung Antrieb oder Widerstand), welcher der Steuerung der Aktivelemente auferlegt werden kann, kann ein natürliches Gehgefühl entstehen. Denn auch beim normalen Gehen ohne die Vorrichtung liegt in der Regel ein Widerstand, hervorgerufen durch das Bodenprofil (Steigung, Gefälle etc.) vor, der durch die Modulation der Momente/Kräfte bei den Aktivelementen simuliert wird. Dadurch besteht auch die Möglichkeit taktil unterschiedliche Bodenbeschaffenheiten (beispielsweise Kies, Sand etc.) zu simulieren.

Weil einfache Aktivelemente nicht seitlich fahren können, kann sich der Benutzer langsam von der Mitte der Aktionsfläche seitlich wegbewegen, im einfachsten Fall durch ein oder mehrere Schritte zur Seite. Zum Ausgleich wendet das

Kontrollsystem einen Algorithmus an, der unbemerkt die Laufrichtung verändert, sprich langsam das physikalische Koordinatensystems gegen das Virtual Reality Koordinatensystem dreht, sodass die physikalische Laufrichtung wieder einen Ausgleich zur Mitte der Aktionsfläche ermöglicht. Wird einfach nur ein Drehvektor im Virtual Reality System aufgeprägt, wird der Benutzer unbewusst die Richtung gegensteuern. Bei den als Räder oder Rollen ausgebildeten Aktivelemente, die jeweils seitlich am Schuh angebracht sind, kann die Drehung durch unterschiedliches Drehen der Aktivelemente erzeugt werden. Ein weiterer Vorteil solcher Anordnungen ist, dass durch gezielte Drehung der Füsse eine Kollision der Füsse vermieden werden kann Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die eigentliche Bewegung abgebremst wird, wodurch aktiv Strom gewonnen werden kann (Rekuperation), der wiederum für den Betrieb der Vorrichtung eingesetzt werden kann. Vereinfacht werden die Aktivelemente so angetrieben, dass sie mit einer konstanten

Geschwindigkeit entgegen der Laufrichtung des Anwenders bewegen, sodass die Geh- oder Laufgeschwindigkeit gegenüber dem Boden im Mittel Null ist. Die

Drehgeschwindigkeit der Aktivelemente wird hierbei konstant gehalten, egal in welche Richtung der Geh- oder Laufvorgang ein Drehmoment ausübt. Das heisst, die Motoren für die jeweiligen Aktivelemente werden abwechselnd im

Beschleunigungs- und Bremsmodus betrieben.

Das System besteht aus der eigentlichen Virtual Reality Hard- und Software in Kombination mit den aktiven Schuhen. Durch die Kompaktheit kann der Anwender auf sehr einfache Art und Weise das System auch in kleinen Räumen,

beispielsweise für Video Spiele oder auch virtuelle Stadtbesichtigungen oder Produktansichten anwenden. Die Schuhe können über eigene Bewegungssensoren verfügen oder über Sensoren zur Integration in ein Virtual Reality System mit dem Ziel die Position des Anwenders zu halten. Durch besondere Sensoren wird die Position des Anwenders in der Mitte der Aktionsfläche gehalten. Zusätzliche Sensoren, die kompatibel zum Virtual Reality System sind zum einen die höhere Präzision und zum anderen die Darstellung der Füsse in der virtuellen Umgebung. Die elektronische Steuerung bringt auch wiederrum den Vorteil, dass

unterschiedliche Antriebsgeschwindigkeiten von langsam bis„boost" gewählt werden können, so dass der Schuh nicht nur in Verbindung mit Virtual Reality Systemen verwendet werden kann, sondern auch als Rollschuh mit einem

Elektroantrieb. Insbesondere kann dies dazu verwendet werden, dass der Benutzer normal geht, aber sein Gehen (vergleichbar mit einem E-Bike) unterstützt wird. Dies bringt insbesondere im Rehabilitationsbereich Vorteile und kann auch

Benutzer unterstützen, die Muskelschwächen aufweisen.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Anwender seinen Schuh tragen kann, wobei an den Schuh das Aktivelement mit Steuerung und Sensoren angeordnet werden kann.

Somit besteht der Vorteil darin, dass keine fest installierte Infrastruktur nötig ist, wie beispielsweise eine Plattform, eine Schale oder bewegliche Aufbauten, etc. Der Anwender tritt auf der Stelle, während Gehen und Laufen natürlich empfunden wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Zeichnungen hervor.

Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Virtual Reality Systems mit den Schuhen sowie den mit den Schuhen gekoppelten Aktivelementen;

Fig. 2 eine schematische Ansicht auf den Schuh zusammen mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Aktivelements;

Fig. 3 eine schematische Ansicht auf den Schuh zusammen mit einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Aktivelements;

Fig. 4 eine schematische Ansicht auf den Schuh zusammen mit einer von Fig. 3 dargestellten Anwendung des Ausführungsbeispiels eines Aktivelements;

Fig. 5 eine Darstellung des Bewegungsablaufs gefühlt durch den Benutzer und die Ausführung des Bewegungselements; Fig. 6 eine Darstellung des Regelkreises des Virtual Reality Systems, wobei der Regler an dem Schuh angeordnet ist; Fig. 7 eine Darstellung des Regelkreises des Virtual Reality Systems, wobei der Regler Teil des Virtual Reality Systems ist.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Virtual Reality Systems S gezeigt.

Dieses besteht aus einer Virtual-Reality-Brille 2, Sensoren 3, 1 03 die zumindest an der Brille 2 angeordnet sind sowie einer Computereinheit 4 mit darauf

gespeicherter Software zur Erzeugung der virtuellen Bilder und zur Berechnung der entsprechenden Positionen, die von einem Positionserfassungssystem 1

aufgenommen werden. Ferner ist als externe Einheit ein Schuh 5, 1 05 für jeden

Fuss des Anwenders vorgesehen. Dieser Schuh 5, 105 ist mit der Computereinheit 4 zumindest indirekt gekoppelt. Der Anwender bewegt sich in einem definierten Bereich, die als Aktionsfläche 6 bezeichnet wird. Der Schuh 1 , 1 05 ist in den nachstehenden Figuren in insgesamt drei verschiedenen Ausgestaltungen aufgezeigt.

In Fig. 2 ist der Schuh 5 für das Virtual Reality System 1 gezeigt. Dieser besteht aus einem Schuhelement 10, in das der Anwender mit seinem Fuss schlüpfen kann. Dieses Schuhelement 1 0 umfasst bzw. umgreift den Fuss des Anwenders. An dem Schuhelement 1 0 ist ein Tragstrukturelement 7 angeordnet. Auf der zur Laufsohle 1 1 des Schuhelements 10 hinweisenden Seite ist ein an dem

Tragstrukturelement 7 angeordnetes Aktivelement 1 2 vorgesehen. Dieses

Aktivelement 1 2 dient dazu, den Schuh 5 zusammen mit dem Fuss des

Anwenders entgegen der Laufrichtung (Pfeil 1 3) zu bewegen. Hierfür sind in dem Aktivelement 1 2 durch Aktuatoren antreibbare Rollen 1 4 vorgesehen, die durch das Virtual Reality System S und dessen Computereinheit 4 gesteuert werden. Eine Elektronikeinheit 1 5, die an dem Schuhelement 10 angeordnet ist, umfasst die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Reglereinheiten 1 7. Sensoren 3 sind Teil dieser Reglereinheiten 1 7.

In den Fig. 3 und 4 ist eine Weiterbildung des Schuhs 1 05 gezeigt. Dieser hier dargestellte Schuh 1 05 zeichnet sich dadurch aus, dass dieser ebenfalls mit einem Virtual Reality System 1 , wie es zuvor in Bezug auf Fig. 1 beschrieben worden ist, zusammenarbeitet. Der Schuh 1 05 umfasst ein Schuhelement 1 10, das den Fuss umgibt. Ferner ist an dem Schuh 1 05 eine Laufsohle 1 1 1 angeordnet, die bei einer normalen Anwendung eine Lauffläche bildet, im Bereich der Laufsohle 1 1 1 des Schuhs 105 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mindestens ein an einem

Tragstrukturelement 1 07 angeordnetes Aktivelement 1 1 2 vorgesehen. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass zu beiden Längsseiten des Schuhs 1 1 0 jeweils ein Aktivelement 1 1 2 vorgesehen ist. Als Aktivelement 1 1 2 können jeweils grosse Räder vorgesehen sein. Gross bedeutet hier, dass sie vorzugsweise die Höhe des Schuhs 1 1 2 übersteigen.

Das Aktivelement 1 1 2 ist mit Aktuatoren versehen. Diese sind bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen nicht sichtbar im Bereich des

Tragstrukturelements 1 07 angeordnet. Aktuatoren sind beispielsweise Motoren, die elektrisch angetrieben sind und vorzugsweise einen Inkrementalgeber umfassen. Durch diesen Inkrementalgeber kann exakt die Winkelgrösse und die Winkelgeschwindigkeit eines solchen Aktuators und damit des Aktivelements angegeben werden. Ferner sind Sensoren 103 vorgesehen. In Fig. 4 ist bei der dort dargestellten Ausführung des Schuhs 1 05 zusätzlich noch ein

Positionstracker 1 30 angeordnet.

Die Aktuatoren werden über eine Reglereinheit 1 1 7 eine der Laufrichtung 1 1 3 des Benutzers entgegengesetzte ausgelegte Bewegung ausüben, wobei die

Regeleinheit 1 1 7 zu mindestens mittelbar mit dem Virtual Reality System gekoppelt ist. Dies bedeutet, dass der Benutzer durch seine Schritte dem Virtual Reality System 1 indirekt vermittelt, dass er läuft. Dadurch bewegt sich die Szenerie in der virtuellen Welt. Gleichzeitig wird aber der Benutzer mit jedem Schritt, den er in eine definierte Laufrichtung unternimmt, durch das Aktivelement und die damit verbundene Regeleinheit zurück in die Ausgangssituation überführt. Dieser Vorgang wiederholt sich mit jedem Schritt. Der Antrieb der Aktuatoren wird so angesteuert, dass der Anwender immer innerhalb der Aktionsfläche 6 bleibt. Die Aktionsfläche 6 ist nicht durch ein physikalisches Gerät bestimmt. Es steckt vielmehr nur räumlich ab, in welchem Bereich sich der Benutzer bewegt. Um ein natürliches Geh- und Laufgefühl zu erhalten, wird jeder

Geschwindigkeitsübergang langsam kompensiert, wie in der Fig. 7 gezeigt. Das s (Weg) - t (Zeit) Diagramm zeigt beispielhaft den Beginn einer Gehbewegung aus dem Stand (Linie 1 8) . Zunächst beginnt die tatsächliche Bewegung natürlich, indem die Aktuatoren die vorherige Geschwindigkeit beibehalten (hier null). Damit aber die Aktionsfläche 6 nicht verlassen wird, werden die Aktuatoren (Linie 1 9) langsam beschleunigt, bis die gefühlte und gegangene bzw. gelaufene

Vorwärtsbewegung vollständig kompensiert ist. Das zweite Diagramm zeigt die Geschwindigkeiten (V) über der Zeit. Dabei ist zu entnehmen, dass der Anwender mit konstanter Geschwindigkeit (Linie 20) geht, wohingegen die Aktuatoren in die entgegengesetzte Richtung beschleunigen (Linie 21 ). Die Linie 22 stellt die

Addition der beiden Geschwindigkeiten (Linie 20 und Linie 21 ) dar. Hieraus ist zu erkennen, dass der Anwender sich zunächst etwas in Gehrichtung bewegt, durch das Aktivelement aber unmittelbar in die Gegenrichtung bewegt wird, so dass seine absolute Geschwindigkeit in Bezug auf die Aktionsfläche 6 nahezu null ist.

Ist eine zur Laufrichtung senkrechte Repositionierung der Person erforderlich, oder soll eine unbemerkte Richtungsänderung herbeigeführt werden (bspw. zum Entwirren von Kabeln), so werden die linken und rechten Rollen mit leicht unterschiedlicher Geschwindigkeit angesteuert, bis die Sollrichtung und -Position erreicht ist. Die Reglereinheit 1 7 muss Kenntnis von Position und Richtung der Schuhe 5, 1 05 haben, um im Zusammenwirken mit dem Virtual Reality System S die

Geschwindigkeit V der Aktuatoren geeignet steuern zu können. Dies wird durch die Verwendung von Positionstrackern 30; 1 30 sowie Geschwindigkeitssensoren 31 ; 1 31 und Neigungssensoren 32; 1 32 (Fig. 6). Diese Daten werden dann an die Software 1 33 des Virtual Reality Systems S übergeben. Diese wiederum übergibt an einen Regler 1 34 die notwendigen Daten, damit das Aktivelement 1 2, 1 1 2 über einen weiteren Regler 1 35 und einen Antrieb 1 36 aktiviert werden kann und so in Drehung versetzt werden kann. Eine Stromversorgung 1 37 stellt die

entsprechende Energie für Sensoren, Regler und auch Antrieb bereit.

Alternative Ausbildungen können auch derart gestaltet sein, dass diese nicht für ein Virtual Reality System S, sondern für andere Anwendungen, beispielsweise aus dem Rehabilitationsbereich, geeignet sind. Hierzu wird entsprechend eine angepasste Software 1 33 eingesetzt.

Ob die Reglereinheit 1 7, 1 1 7 an dem Schuh 5, 1 05 angeordnet werden kann (Fig. 6) oder Teil der Computereinheit 4 (Fig. 7) ist, hängt von der Art des

Sensorverfahrens ab. Bei Verfahren, bei denen die Sensoren die absolute Lage und Richtung des Schuhs selbst erfassen können, kann die Reglereinheit an dem Schuh 5 untergebracht werden. Die Sensordaten werden an das Virtual Reality System S übermittelt, das seinerseits korrigierende Eingriffe in den Regelkreis vornimmt, wie z.B. die oben erwähnten Positions- oder Richtungskorrekturen. Ermittelt das Virtual Reality System Lage und Richtung der Schuhe aus den Daten des Positionserfassungssystems 1 , ist die Reglereinheit Teil der Computereinheit 4 (Fig. 7).

Alternativ ist auch vorgesehen, dass die Regler vollständig unabhängig von dem Virtual Reality System S arbeiten. Der Schuh ist derart ausgerüstet, dass diese selbständig die Position übermittelt. Tatsächlich werden dann nur noch System relevante Daten, wie beispielsweise Richtung und Geschwindigkeit an das Virtual Reality System übermittelt.

Das Gesamtsystem benötigt Fail-Safe-Vorrichtungen in Hard- und Software, um beispielsweise das Übertreten der «harten» Grenzen der Aktionsfläche (Wände, Möbel) zu verhindern, einen Sturz abzumildern, oder eine Sicherheitsabschaltung im Falle eines Softwareabsturzes. Zudem ist ein„Not-aus" vorgesehen, der beispielsweise an einem Gürtel des Benutzers befestigt werden kann. Dadurch wird nicht nur der Schuh stromlos, sondern es können auch Bremsen aktiviert werden, vorzugsweise mechanisch.

Möglicherweise ist eine an der Decke montierte Sicherheitsleine, die auch die Kabelführung übernehmen kann, vorteilhaft. Bei ausreichendem Moment und ausreichender Bandbreite der Aktuatoren können -in gewissen Grenzen- Untergründe simuliert werden. Am Rand der Aktionsfläche könnten Treppenstufen und Schrägen aufgestellt werden, die das Gefühl von Klettern, Treppensteigen oder Gehen an Schrägen vermitteln.

Die Energieversorgung und Datenübertragung kann kabelgebunden ausgeführt werden. Alternativ kann die Datenübertragung drahtlos sein und die

Energieversorgung für Antrieb und Steuerelektronik durch Batterien oder

Akkumulatoren erfolgen.

Weil beim Gehen und Laufen Nettoenergie gewonnen werden kann, könnte diese Energie für den Antrieb genutzt werden, sodass unbegrenzter Betrieb ohne

Nachladen ermöglicht wird. In dieser Anordnung können die Energiespeicher sehr klein ausfallen, weil nur kurze Spitzen abgefangen werden müssen (beispielsweise Beschleunigen, Abbremsen). Eine Weiterbildung kann auch vorsehen, dass auch die Computereinheit und damit die Regeleinheit im Bereich des Benutzers liegt. Dies bedeutet, dass die

Regeleinheit vollständig unabhängig vom übrigen System arbeitet. B EZ U G S Z E I C H E N L I ST E

Schuh, insbesondere zur Verwendung für ein Virtual Reality System zur Simulation von Geh- und Lauftätigkeit ohne wesentliche Ortsveränderung

5 Virtual Reality System

1 Positionserfassungssystem

2 Virtual Reality Brille

3 Sensoren

4 Computereinheit

5; 105 Schuh

6 Aktionsfläche

7; 107 Tragstrukturelement

8

9

10;110 Schuhelement

11;111 Laufsohle

12;112 Aktivelement

13;113 Laufrichtung

14 Rollen

15 Elektronikeinheit

16

17;117 Reglereinheiten

18

19

20 Linie

21 Linie

22 Linie ; 1 30 Positionstracker

; 1 31 Geschwindigkeitssensoren; 1 32 Neigungssensoren3 Software

4 Regler

5 weiterer Regler

6 Antrieb

7 Stromversorgung